基于双模量理论的连续配筋混凝土复合式路面沥青层表损伤分析及Top-Down开裂控制

基于连续介质损伤力学和双模量理论,建立单一模量和双模量2种疲劳损伤本构,采用数值模拟的方法,对2种疲劳损伤本构模型进行了简单分析对比,并采用双模量损伤本构分析沥青层(AC)厚度、模量、拉压模量比以及AC层与连续配筋水泥混凝土层(CRC)摩擦系数4个因素对沥青层表面损伤的影响,在单因素分析的基础上通过响应面法对CRC+AC复合式路面抗Top-Down开裂性能进行优化设计。研究表明:AC层在单模量下的最大压应力比双模量下大0.1MPa,但AC层在单模量下几乎未产生拉应力,而双模量下的最大拉应力为0.08MPa;单因素分析得到AC层厚度、模量、拉压模量比、层间摩擦系数推荐最大取值分别为8cm、1700MPa、0.8、7;3个参数中,对AC层表面疲劳损伤度综合影响从大到小的组合为:AC层厚度和拉压模量比,AC层拉模量和拉压模量比,AC层厚度和拉模量;针对不同拉模量的AC层材料提出了不同AC层厚度下的拉压模量比控制标准。

橡塑改性沥青路面top-down开裂性能分析

通过劈裂试验、三轴重复荷载试验和小梁弯曲试验对比了橡塑改性沥青混合料与SBS改性沥青混合料的性能,通过构建有限元模型分析了动荷载作用下沥青路面上面层裂缝的应力变化规律。结果表明,橡塑改性沥青混合料的抗拉性能与高温抗变形性能优于SBS改性沥青混合料,橡塑改性沥青可提高沥青混凝土路面的抗变形能力;橡塑改性沥青混合料的低温抗裂性能优于SBS改性沥青混合料,前者可提高沥青路面抗top-down裂缝开裂性能;在动荷载作用下,沥青路面结构层中的上面层拉应力逐渐增加,导致沥青路面发生top-down裂缝开裂,橡塑改性沥青混合料可增加上面层破坏时的最大拉应力,从而降低沥青路面发生top-down裂缝开裂的可能性。

沥青路面Top-Down开裂成因的有限元分析

源于路表面的轮迹带附近的纵向开裂(Top-Down开裂)是重交通沥青路面的主要损坏类型之一,也是国际沥青路面工程界对道路损坏研究的新热点。为此在实测轮胎接地压力的基础上,建立了路面结构的三维有限元模型,计算出4条实际道路的最大拉、剪应力值及其位置,绘制了它们的等值线图。对最大拉、剪应力位置与开裂现象,最大应力值与应力强度进行了比较和分析。分析结果表明,轮载下强大的剪应力是造成Top-Down开裂的主要原因。

连续配筋混凝土刚柔复合式路面Top-Down开裂分析

针对CRC+AC复合式路面Top-Down裂缝开裂问题,通过数值模拟,分析CRC+AC复合式路面Top-Down裂缝的开裂诱因,研究温度和荷载作用下沥青面层Top-Down裂缝扩展情况。研究结果表明:沥青面层纵向和横向拉应力最大值均出现在路表处,在路表2 cm以下深度,沥青面层内的拉应力逐渐转为压应力;在轮载前端和后端处,沥青面层剪应力较大且沿路表2~3 cm深度处剪应力最大,在不同深度,轮载后端比轮载前端对应的剪应力大;由于轮载前端剪应力和拉应力均较大,沥青面层在拉应力和剪应力综合作用下更易形成横向Top-Down裂缝;沥青层温度应力随深度增加而逐渐减小,且随着深度增加,最大温度应力出现时间滞后;冬季低温季节的每天6:00前后,在温度作用下,Top-Down裂缝的裂纹尖端应力强度因子达到最大值,此时裂缝最易扩展;在非均布荷载作用下,纵向裂缝的开裂主要为张开型(I型)和滑开型(II型)开裂,拉应力和剪应力是影响纵向裂缝发展的主要因素,横向裂缝的开裂主要为II型开裂,剪应力为主要影响因素。研究成果可为CRC+AC复合式路面沥青面层的开裂控制及沥青面层的合理设计提供参考依据。

降温过程对沥青路面Top-Down开裂的影响

以半刚性基层沥青路面结构作为研究对象,采用Ansys有限元程序建立沥青面层预含不同深度的初始裂缝的二维有限元模型,研究不同降温过程对沥青面层的力学影响。结果表明:存在微裂纹的沥青路面,在急剧的降温过程中可能导致面层产生Top-Down裂缝。降温过程中,拉应力随着深度的增加逐渐减小;初始裂缝深度越长,降温过程中张开型断裂强度因子KⅠ越大,也就越容易开裂;随着降温幅度的增加,拉应力和张开型断裂强度因子KⅠ均迅速增加,Top-Down裂缝的发展速度也就越快。

基于断裂力学的沥青路面Top-Down开裂机理

首先基于ABAQUS有限元分析方法,综合考虑老化和温度梯度造成的沥青路面内部模量梯度、突然降温、轮胎边缘的应力集中等因素,选取春、夏、冬3个季节,以及未老化缓慢降温、老化后缓慢降温、老化后忽然降温3种情况,建立了带有微裂缝的9个沥青混凝土路面结构有限元模型,对不同工况下的沥青路面微裂缝尖端应力强度因子进行对比分析,结合最大周向拉应力理论得出裂缝开裂机理和判断方法,并给出了Top-Down裂缝预估方法.结果表明:对于未老化缓慢降温和老化后缓慢降温的沥青混凝土路面,剪切型应力强度因子对裂缝的扩展起主要作用;对于老化后忽然降温的沥青混凝土路面,张开型应力强度因子对裂缝的扩展起主要作用.

沥青路面Top-Down开裂评价

源于路表面的轮迹带附近的纵向开裂(Top-Down开裂)是重交通沥青路面的主要损坏类型之一,也是国际沥青路面界对道路损坏研究的新热点。为此建立了一个结合断裂力学和有限元知识的开裂模型,分析裂缝产生和扩展的机理。结果表明,Top-Down开裂的裂缝产生和扩展模式是张开型裂缝即拉应力损坏模式。

沥青混合料Top-down开裂影响因素研究

本文通过分析车辙、劈裂强度、沥青路面Top-down裂缝的影响因素确定试验方案,即通过改变沥青用量、级配、老化三个主要影响因素进行车辙试验、间接拉伸试验和Top-down开裂室内评价试验的对比分析。研究表明:Top-down试验的影响因素的变化规律与劈裂试验、车辙试验变化规律不同;抗Top-down开裂试验中沥青混合料存在最佳的油石比、合适的级配。

沥青路面Top-Down开裂机理研究综述

本文综合目前国内外学者有关Top-Down裂缝的研究报告和相关论文,对于沥青路面Top-Down裂缝的研究现状进行了分析和评价,希望对今后沥青路面Top-Down裂缝理论研究和施工设计提供参考。

路基不均匀沉降对沥青路面Top-Down开裂影响分析

为研究路基不均匀沉降对沥青路面Top-Down开裂的影响规律,通过有限元软件建立路基不均匀沉降作用下半刚性基层沥青路面结构三维仿真模型,结合工程实际简化路基不均匀沉降效果并标定有限元模型的参数值,分析沉降对Top-Down开裂的影响和裂纹位置对Top-Down裂纹扩展变化的影响。结果表明,沉降对Top-Down裂纹扩展的影响显著,沉降越大,裂纹扩展速率越快且扩展终值越大;裂纹位置左移、右移及平移距离不同,对Top-Down裂纹的影响也不同,整体来讲裂纹位于非沉降区时对Top-Down裂纹扩展的影响更显著。

古建筑木构件开裂机制、评估与加固研究进展

开裂作为古建筑木构件最常见的残损类型之一,影响木构件的长期服役性能,是古建筑稳定性与安全性评估的重要考查内容。本文从古建筑木构件开裂情况、原因、影响,评估方法及修复加固等方面,系统梳理古建筑木构件开裂残损相关研究成果。分析发现我国古建筑木构件开裂的主要原因为木材干缩与受力破坏,主要类型为纵向开裂,开裂可降低木构件力学性能,也可为其他不利因素作用于木构件提供条件。目前主要通过实际试验与数值模拟评估开裂对木构件性能的影响,利用金属材料、纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)与高分子树脂材料对开裂木构件进行修复加固。然而,由于古建筑的特殊性与木材变异性,仍需进一步探索木构件的不同尺度开裂机制,开发适用于古建筑开裂木构件的检测、评估与加固方法,建立科学系统性的古建筑保护体系。

涂料干燥成膜过程及开裂机理综述

涂料干燥是重要的工业过程,但其过程受温度、湿厚、基材与涂层性质等因素的影响且薄膜开裂机理复杂,涉及多学科的交叉融合,因此有必要研究涂料干燥成膜过程、薄膜开裂机理及抑制开裂的措施。总结分析了自20世纪50年代以来关于涂料干燥成膜及开裂的相关文献。阐述了涂料在垂直、横向、混合干燥模式下的干燥成膜过程;探究了涂层的开裂机理,总结了临界无裂纹内应力、临界无裂纹膜厚的计算方法;分析了影响薄膜开裂的因素,包括干燥环境的温度、涂层湿厚、基材性质、溶液性质;探索了单条裂纹的形态特性、裂纹的分布规律;探明了裂纹的种类,从4个方面对抑制开裂的方法进行了分析。

新型Bell实验法环境应力开裂测试装置

自主设计并搭建了自动刻痕装置和压弯装置,提高了刻痕质量和测试结果的可重复性,同时采用改进的Bell实验方法对高密度聚乙烯材料的环境应力开裂行为进行了系统实验研究。结果表明,试剂浓度、刻痕偏移量、刻痕倾斜角度、刻痕刀片厚度的改变均会对环境应力开裂时间产生较大的影响;裂纹起裂位置既不在试样弯曲变形最大的中间位置,也不在刻痕边缘,而是在距离刻痕边缘约6.38 mm的位置。

深厚覆盖层上土石坝防渗墙损伤开裂精细化分析及防渗功能评价

混凝土防渗墙是覆盖层上土石坝坝基的关键防渗结构,由于防渗墙与覆盖层的刚度和尺度差异巨大,通常的数值分析方法难以保证精度,且现有基于强度的安全评价方法,无法适应防渗墙作为防渗结构而非承载结构的功能评价要求。本文提出了比例边界元-有限元耦合跨尺度离散、塑性损伤模型和内聚力模型分离描述压损伤和受拉开裂、破损后防渗功能目标评价的精细化分析方法,实现了深厚覆盖层上土石坝防渗墙的性态演化评价。研究结果表明:超深覆盖层上悬挂式防渗墙在两岸底部因近似垂直于岸坡的高压应力发生压损伤,类“外伸梁”的面内弯曲变形使靠近防渗墙两岸的顶部和底部区域产生坝轴向高拉应力导致槽段间出现竖向裂缝;在防渗墙两岸的上游侧局部设置辅助防渗措施,可有效降低防渗墙破损后的渗流量。本文方法揭示了混凝土防渗墙的损伤开裂模式,定位了防渗墙薄弱区域,评价了防渗墙损伤开裂对防渗功能的影响,量化防渗措施效果,实现了防渗墙从传统承载能力评价到功能性态评价的跨越,可为深厚覆盖层上土石坝防渗墙的安全评价和设计优化提供理论和技术支持。

基于综合性能试验的混凝土早期开裂行为研究

为提高混凝土的早期抗裂性能,突破单因素改善其早期稳定性,进行了多因素补偿混凝土各性能缺陷方面的研究.基于调控混凝土配合比开展了胶凝材料水化热、混凝土早期收缩试验和大板加速开裂试验.通过相关收缩机理分析了不同混凝土拌和物的开裂行为;运用双参数Weibull分布分析试验结果,得出了混凝土大板裂缝经时开裂规律.试验结果表明:采用高效稳定型聚羧酸减水剂可以增加浆体的和易性,结合66.7%矿物掺合料(粉煤灰和矿渣粉与水泥质量比)、较好级配碎石和0.29的水胶比有利于延长混凝土的初裂时间和控制裂缝宽度,即提高混凝土的早期抗裂性能.同时,该调控手段也可以降低浆体的水化热,提高混凝土的抗压强度.此外,混凝土裂缝宽度的经时变化规律很好地服从双参数Weibull分布.

水冷壁管接头开裂原因

某电厂发生锅炉水冷壁管开裂现象。采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、硬度测试等方法分析了水冷壁管开裂的原因。结果表明:水冷壁管接头对接环焊缝焊接产生了残余应力,材料中存在焊接缺陷,在高温、高压环境下,缺陷逐渐扩展为孔洞,并对其他管壁造成冲蚀破坏,最终导致水冷壁管开裂。

高温模拟压水堆一回路水中枝晶取向对Inconel 182镍基合金焊接金属应力腐蚀开裂的影响

在模拟压水堆(PWR)一回路高温水中对Inconel182镍基合金焊接金属进行了应力腐蚀开裂(SCC)试验,研究了枝晶取向对其SCC行为的影响。结果表明:在320℃下模拟压水堆一回路水中,182合金LT取向试样断口上出现全面沿晶应力腐蚀裂纹扩展带,其平均裂纹扩展速率以及最大裂纹扩展速率均大于290℃下相同试样,表明在模拟压水堆一回路水中升高温度对182合金焊接金属应力腐蚀裂纹扩展有促进作用;290℃下182合金LT取向试样的平均裂纹扩展速率、最大裂纹扩展速率以及裂纹扩展区宽度占比均大于TL取向试样,表明裂纹沿LT枝晶取向更容易扩展。

水下超双部件氢致开裂数值评估与实验

水下生产系统在我国海洋石油开发中应用越来越广泛。通常使用复合电液的方式对水下设备进行远程控制,控制管线采用超级双相不锈钢材质。但该材质在水下阴极保护系统下存在氢致开裂的风险。本文依据国外规范,建立了水下超双材料的氢致开裂评估流程,详细阐述了水下超双部件氢致开裂的有限元评估过程,给出了建模方法、结果提取和处理的方法,以及结果校核的标准;结合实际工程项目实例计算分析,将分析结果线性化处理;控制部件的应力应变水平,可以有效避免部件在水下同阴极保护系统作用下的氢致开裂风险;研究和阐述了双相钢的适用环境参数条件和氢致开裂试验评估。

冷轧带钢渗氮铁锅开裂剥落原因分析及改进措施

在采用某公司生产的厚度为1 mm的XLQ01冷轧带钢制作铁锅的过程中,经渗氮处理后出现开裂问题,铁锅经碰撞后渗氮层易剥落。本研究采用扫描电子显微镜、直读光谱仪、金相显微镜等检测手段对渗氮铁锅样品的断口微观形貌、化学成分、金相组织及原材料的表面粗糙度、化学成分、金相组织、晶粒度进行分析,结果表明,渗氮铁锅开裂剥落的原因主要有以下两个方面:一方面,渗氮开裂样品中存在粗大的原始组织和穿晶分布的针状氮化物,破坏了基体的连续性,增加了表面层脆性及切口敏感性,在外力作用下导致开裂;另一方面,原材料表面粗糙度大,渗氮温度高,渗氮层疏松,在压应力作用下导致渗氮层开裂剥落。本研究针对渗氮铁锅开裂剥落的原因提出了相应的改进措施,有效避免了渗氮铁锅开裂剥落。

SPHC产品冲压开裂原因分析及改进措施

针对下游客户提出的SPHC产品冲压开裂问题展开分析、讨论,结果表明:从问题试样断口处检测出的夹杂物为开裂直接原因。夹杂物含有结晶器保护渣特有元素K、Na,证明其来源于结晶器保护渣;浇注中结晶器液面存在波动情况。通过实施相关措施及6个月验证,有效降低了SPHC产品由夹杂物原因导致的改判率,使其质量得到改善。